الأكوابونيك، كيف يعمل؟

يقوم الأكوابونيك على جمع تربية الأسماك والزراعة بدون تربة في دورة مغلقة واحدة. تتحول فضلات الأسماك، بفعل البكتيريا، إلى سماد للنباتات، وتنقّي النباتات الماء قبل عودته إلى الأحواض. المبدأ يُشرح في ثلاثة أسطر، أما إدارته اليومية فتتطلب خبرة حقيقية.

إليكم كيف تعمل هذه الآلية، من دورة النيتروجين إلى مسار الماء، ثم كيف تُترجَم عملياً في مزرعة احترافية مثل التي نبنيها في Moselle، شمال شرق فرنسا.

ثلاث مزارع في دورة مغلقة واحدة

تدير مزرعة الأكوابونيك في الواقع ثلاث مزارع في دورة مغلقة واحدة: الأسماك والبكتيريا والنباتات. ولا يمكن سحب أي منها دون أن ينهار التوازن.

تُطعَم الأسماك فتُحمّل الماء بالأمونيا، عبر فضلاتها وعبر تنفسها. وتحوّل بكتيريا النترجة، المستقرة على حوامل المرشّح الحيوي، هذه الأمونيا إلى نترات. وتمتص النباتات هذه النترات تماماً كما تمتص سماداً، فتعيد الماء نظيفاً من جديد. وهكذا تشكّل هذه الدورة حلقة فاضلة حقيقية.

ما تشتريه الزراعة التقليدية على شكل أسمدة صناعية، ننتجه نحن في أحواضنا بفضل العلف الذي نقدّمه للأسماك وبفضل فضلاتها.

دورة النيتروجين، محرّك النظام

يقوم نظام الأكوابونيك على دورة النيتروجين. فالأمونيا التي تطرحها الأسماك سامة لها بجرعات ضئيلة جداً. وفي صورتها غير المتأينة، وهي التي تعبر حاجز الخياشيم، تُقاس عتبات الأمان المعتمدة لسمك التراوت قوس قزح بأجزاء من مئة من المليغرام لكل لتر، ما يترك للمشغّل هامش خطأ ضيقاً للغاية.

تتعاقب مرحلتان بكتيريتان. تحوّل الأولى هذه الأمونيا إلى نتريت، وهو سام بدوره. وتحوّل الثانية النتريت إلى نترات، وهي صورة النيتروجين التي تمتصها النباتات على أفضل نحو وتتحملها الأسماك بتركيزات أعلى بكثير. وباستهلاك هذه النترات، تنقّي النباتات الماء وتغلق الدورة.

النترات غير مرغوبة في حوض التربية، لكنها بالضبط صورة النيتروجين التي تجيد النباتات امتصاصها. فنفاية أحدهما تصبح مورد الآخر.

ما غيّرته التحاليل الجينية

طالما نسبت الكتب المرجعية هاتين المرحلتين إلى جنسين بكتيريين محددين، Nitrosomonas ثم Nitrobacter. غير أن التحاليل الجزيئية التي أُجريت منذ نحو عشر سنوات على مرشّحات حيوية حقيقية في الاستزراع المائي ترسم صورة أغنى. فجنس Nitrospira هو الغالب في أغلب الأحيان في أكسدة النتريت، بينما يغيب Nitrobacter تماماً في بعض الحالات. ودراسة نُشرت عام 2017 حول مرشّح حيوي في مزرعة تراوت لم ترصد له أي تسلسل جيني.

كما كشفت البحوث نفسها عن عتائق تؤكسد الأمونيا، وعن بكتيريا تُعرف باسم comammox قادرة وحدها على إتمام التحولين المتعاقبين. ويختلف تركيب هذا التجمّع الميكروبي من منشأة إلى أخرى بحسب الحرارة ودرجة الحموضة وحمولة النيتروجين والملوحة.

أما بالنسبة للمشغّل فالنتيجة العملية لا تتغير. المهم ليس تسمية هذه الكائنات الدقيقة، بل توفير حامل قابل للاستيطان وماء مُشبَع بالأكسجين وقلوية كافية.

مسار الماء، خطوة بخطوة

في منشأة احترافية، يسلك الماء مساراً دقيقاً ينغلق على نفسه. فهو يغادر أحواض التربية محمّلاً بالمواد العالقة، ثم يمرّ عبر ترشيح ميكانيكي، غالباً مرشّح أسطواني دوّار، يحتجز الجسيمات الصلبة قبل أن تتحلل وتستهلك أكسجين الدورة.

ثم يصل إلى المرشّح الحيوي، حيث يجري تحوّل النيتروجين الموصوف أعلاه. بعدها يُوزَّع على مناطق الزراعة: أطواف عائمة للخضروات الورقية أو قنوات زراعية بحسب الأصناف. وبعد أن تنقّيه الجذور، يعود أخيراً إلى الأحواض بعد التحقق من حرارته وأكسجينه المذاب ودرجة حموضته.

لا يُعوَّض سوى الفاقد بالتبخر وبنتح النباتات، أي ما يقارب 1 إلى 3% من الحجم الكلي يومياً. وبذلك تعيد الدورة المغلقة تدوير نحو 95% من الماء، بينما تفقده الزراعة الحقلية المروية بشكل شبه كامل. وهذا التوفير في الماء هو أول ميزة للأكوابونيك الاحترافي في مناخ يصبح فيه الري قيداً.

التدوير، أو لماذا تنطلق المزرعة ببطء

لا تستقر هذه البكتيريا عند الطلب. فالأمر يستغرق، بحسب الظروف، من ثلاثة إلى ثمانية أسابيع لتكوين مستعمرة مستقرة، وهي مرحلة يسميها المختصون التدوير. تستوطن الكائنات المؤكسِدة للأمونيا المرشّح الحيوي بعد خمسة إلى سبعة أيام من أول إمداد بالنيتروجين، وتتولى بعدها بأسبوع تلك التي تعالج النتريت، ولا يُعدّ النظام ناضجاً إلا حين يعود النتريت إلى الصفر وترتفع النترات بانتظام.

توجد وسائل عدة لاختصار هذه المرحلة. تلقيح المرشّح الحيوي بوسيط مأخوذ من منشأة عاملة بالفعل يبقى الأكثر فعالية بفارق واضح. كما تساعد حرارة تُحفَظ في أعلى النطاق البكتيري، وقلوية مرتفعة، وإمداد منتظم بالأمونيا.

هذه المرحلة التمهيدية هي ما يفسّر أن مزرعة الأكوابونيك تنتج متأخرة عن بيت محمي للزراعة المائية، يعطي محصولاً منذ زراعته الأولى.

درجة الحموضة والحديد، تسوية دائمة

درجة الحموضة هي المعيار الذي تتعارض عنده الأقسام الثلاثة بأوضح صورة. فالنباتات تفضّل ماءً حامضياً بوضوح، بين 5.5 و6.5. وبكتيريا النترجة تعمل بشكل أفضل فوق 7. أما الأسماك فتتقبل نطاقاً أوسع. لذلك تقوم الممارسة المعتمدة في الأكوابونيك على الاستقرار عند تسوية بين 6 و7، حيث لا يبلغ أحد مستواه الأمثل لكن الجميع يعمل بشكل سليم.

لا تثبت درجة الحموضة هذه من تلقاء نفسها. فالنترجة تفاعل مُحمِّض، وثاني أكسيد الكربون الذي تطرحه الأسماك يكوّن حمضاً ضعيفاً، بحيث ينزلق النظام طبيعياً نحو الأسفل. يعادل المشغّل ذلك بالتناوب بين كربونات الكالسيوم وكربونات البوتاسيوم، فيصحّح الحموضة ويسدّ في الوقت نفسه النقصين البنيويين في الأكوابونيك، أي البوتاسيوم والكالسيوم، اللذين لا يوفرهما علف الأسماك.

يبقى الحديد. فوق درجة حموضة 7، يترسّب في صورة لم يعد الجذر قادراً على امتصاصها، فيظهر اصفرار على الأوراق الفتية. لذلك تُضاف كميات من الحديد المخلَّب في حدود 1 إلى 2 مليغرام لكل لتر خلال الأشهر الأولى، ثم عند الحاجة. وهذه الإضافات قابلة للذوبان وغير ضارة بالأسماك، وتبقى كلفتها هامشية مقارنة بالأسمدة الكاملة التي تتطلبها الزراعة المائية.

ماذا تنتج المزرعة، وكيف يُحدَّد حجمها

تجمع مزرعة الأكوابونيك مهنتين: تربية الأسماك وزراعة الخضروات بدون تربة. ويخضع اختيار الأنواع أولاً لقيد حراري، إذ يجب أن تتقاسم الأسماك المجتمعة في دورة واحدة نطاق الحرارة نفسه. في المناخ المعتدل، يلتقي سمك التراوت قوس قزح والتراوت النهري حول 13 إلى 16 درجة مئوية ويمكن تربيتهما معاً دون صعوبة. أما سمك الزاندر، الذي يتطلب ماءً أدفأ بكثير، فيستلزم وحدة مستقلة، وهو ما يفسّر أن مزرعة مصممة لعدة أنواع تفصل قاعات التربية فيها.

وعلى الجانب النباتي، تحقق المحاصيل قصيرة الدورة وعالية الطلب على النيتروجين أفضل استفادة من النظام، وهو حال الخضروات الورقية والأعشاب العطرية. أما فواكه الصيف فيمكن أيضاً إنتاج الطماطم والفلفل والباذنجان والكوسا والفراولة، مع أن الأكوابونيك المفصول غالباً ما يكون أنسب لهذه المنتجات.

أما تحديد الحجم فلا يُحسب بكيلوغرامات الأسماك بل بكمية العلف الموزَّعة كل يوم. تعتمد منظمة الفاو من 40 إلى 50 غراماً من العلف لكل متر مربع من الزراعة يومياً للخضروات الورقية، ومن 50 إلى 80 غراماً للخضروات الثمرية. ويُستنتج الإنتاج السمكي بعد ذلك من هذا الإمداد ومن معامل التحويل الغذائي، القريب من 1 لدى التراوت في التربية الحديثة. لذا فإن موازنة نظام أكوابونيك تعني التفكير في تدفّق لا في مخزون.

ماذا يستهلك النظام، وما الذي يستبعده تماماً

الماء هو البند الذي تظهر فيه الميزة بأوضح صورة، للأسباب المذكورة أعلاه. أما الطاقة فهي التحدي الحقيقي. فمزرعة الأكوابونيك كثيفة الاستهلاك للطاقة، وللكهرباء خصوصاً، لأن المضخات والتهوية والترشيح تعمل دون انقطاع، وتضاف إليها أنظمة التدفئة أو التبريد بحسب الحالات. وتوجد حلول لتخفيف هذا البند، من الكهروضوئي للاستهلاك الذاتي إلى المضخات الحرارية، وصولاً إلى استرجاع الحرارة المهدورة من موقع مجاور. وهذا هو المسار الذي نتبعه في مشروعنا.

في المقابل يصبح العقار عاملاً ثانوياً. فبما أن الزراعة تستغني عن التربة، تصلح تماماً أرض بور أو تربة فقيرة أو قطعة في ضواحي المدن، ما يتيح التموضع أقرب ما يكون إلى أماكن الاستهلاك.

ثمة نقطة أخيرة تميّز الأكوابونيك جذرياً عن باقي أنواع الزراعة بدون تربة. ففي دورة يعتمد فيها السمك والبكتيريا والنبات بعضها على بعض، لا يمكن تصور أي معالجة صناعية. فمضاد حيوي يُعطى للأسماك سيعقّم المرشّح الحيوي ويتسبب فوراً في ارتفاع حاد للأمونيا. ومبيد حشري يُرشّ على المزروعات سينزل إلى الأحواض. لذلك تقوم وقاية المزروعات على إدخال الأعداء الطبيعية، وعلى إدارة المناخ تحت الغطاء، وعلى مراقبة يومية للتجمعات الحشرية. وهكذا يكون الإنتاج بالأكوابونيك بلا مبيدات ولا مضادات حيوية بحكم بنيته، ما يضعه دون نقاش في خانة الزراعة المستدامة.

نهجنا في Vic-sur-Seille

نطبّق هذه المبادئ في مشروع مزرعة أكوابونيك على نطاق واسع في Vic-sur-Seille بمنطقة Moselle. ثلاث قاعات لتربية الأسماك وأربعة بيوت محمية للإنتاج وبيت محمي للبحث وورشة تصنيع، ستُنظَّم كلها حول دورة مائية واحدة.

يبلغ هدف الإنتاج نحو 60 طناً من الأسماك و35 طناً من الخضروات سنوياً، أي قرابة 75 طناً من الأغذية الصافية. وقد اختير هذا الحجم بوصفه توازناً عادلاً. فنموذجنا ليس نموذج المزارع العملاقة، بل مزرعة بحجم إنساني، كبيرة بما يكفي لتؤثر في تموين حوض سكاني، ومعتدلة بما يكفي ليعرف كل فرد نباتاته وأسماكه ويعتني بها كل يوم. وسيُباع إنتاجنا في دائرة نصف قطرها 100 كيلومتر حول المزرعة، ومهنيو المنطقة الذين التقيناهم ينتظرون هذا العرض المحلي بفارغ الصبر.

يمرّ المشروع اليوم بمرحلة جولة تمويل، مع دعم حصلنا عليه بالفعل ضمن برنامج France 2030، ويمكنكم أنتم أيضاً المشاركة فيها لإتاحة انطلاق الأشغال عام 2027. وقد صُمّمت هذه المزرعة الأولى لتكون قابلة للتكرار، فتصبح نموذجاً لما يليها في أحواض سكانية أخرى.

إذن، كيف يعمل هذا فعلياً؟

يمكن تلخيص المبدأ في جملة واحدة. يدخل العلف إلى الدورة فيغذّي أسماكاً تحوّل البكتيريا مخلفاتها إلى سماد تستهلكه النباتات، ويعود الماء بعد تنقيته إلى الأحواض.

ويتوقف الباقي كله على الإدارة اليومية لهذا التوازن: تغذية سليمة للأسماك، ومتابعة لمؤشرات الماء، ومراقبة لصحة القطيع والنباتات المزروعة. وسيتولى هذا العمل فريق من نحو عشرة أشخاص، مدعوماً بمجموعة من الأنظمة الآلية المجرَّبة التي تساعده يومياً.

وهكذا سيكون لمزرعتنا إنتاجان متكاملان على بنية تحتية واحدة، دون الاعتماد على أي سماد صناعي، وباستهلاك مياه أقل بخمس مرات من الزراعة الحقلية. وهذا ما يجعل الأكوابونيك من أكثر روافع التحول الزراعي والسيادة الغذائية واقعية، إذ يقرّب الإنتاج المحلي المستدام من أماكن الاستهلاك ضمن منطق سلاسل التوريد القصيرة. وقد فصّلنا هذه المسألة في مقالنا الأكوابونيك والزراعة المائية والزراعة الهوائية: ما الفرق؟.

اكتشفوا المزرعة بالتفصيل→

الأسئلة الشائعة